CN201781459U - 一种防破音的d类音频功率放大器 - Google Patents
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Abstract
一种防破音的D类音频功率放大器包括:对输入的音频信号进行调整的前置放大器;对前置放大器输出的音频信号进行放大处理的积分放大器;对积分放大器输出的音频信号进行脉宽调制处理的比较器,调制信号输入端则连接至一脉宽调制载波信号源;对根据比较器的输出结果进行的破音判断电路,得到音频信号的破音信号;根据破音判断电路输出的破音信号得到控制防破音开关通断的防破音开关控制电路,防破音开关的两端分别连接积分放大器的两个输入端;根据比较器的输出结果控制向外部扬声器输出脉冲驱动信号的H-桥电路。当有破音出现时利用破音判断电路和防破音开关控制电路来控制防破音开关的通断,进而将音频信号减小使之不破音。
Description
技术领域
本实用新型属于音频功放领域,尤其涉及一种防破音的D类音频功率放大器。
背景技术
D类音频功放是一种生成脉冲序列并通过脉冲序列驱动负载的放大器,脉冲序列的脉冲宽度根据输入信号进行调制。D类音频功放的功率器件始终工作在开关状态,理论上其效率可达100%。这种高效率不仅意味着节能,而且代表着少热量,为很多产品免去或减少了对散热的投入。
D类音频功率放大器的效率高,音质好,可以在较低失真的情况下提供高达90%以上的效率,在手机、MP3等便携式电子产品中被广泛应用。
D类音频功率放大器在工作过程中,经常会由于输入信号过大而出现信号幅值超出三角波幅值的时候,此时,信号超出的部分,并没有被三角波采样,所以此时的输出信号经过扬声器滤波后会产生严重的削顶失真。表现在听觉上,就会在播放的音乐信号中伴随明显的嘈杂的噪音,严重影响听觉享受。并且由于此时功放工作在很大的输出功率下,输出电流也很大,对功放和扬声器都有一定的危害,甚至会烧毁功放或扬声器。
传统的用于D类音频功率放大器的防破音的技术是通过改变前置放大器的反馈电阻来调节增益的,但这种的调节的方法,会产生增益的突变,从而会产生突变过程中的声音突变,影响音乐的正常播放。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是现有防破音技术会产生增益突变的问题。
为解决上述技术问题,本实用新型提供如下技术方案:
本实用新型涉及的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,包括:对输入的音频信号进行调整的前置放大器;对所述前置放大器输出的音频信号进行放大处理的积分放大器,与所述前置放大器电连接;对所述积分放大器输出的音频信号进行脉宽调制处理的比较器,其音频信号输入端与所述积分放大器的输出端电连接,调制信号输入端则连接至一脉宽调制载波信号源;对根据所述比较器的输出结果进行判断的破音判断电路,得到音频信号的破音信号;根据破音判断电路输出的破音信号得到控制防破音开关通断的防破音开关控制电路,所述防破音开关的两端分别连接积分放大器的两个输入端;根据所述比较器的输出结果控制向外部扬声器输出脉冲驱动信号的H-桥电路。
优选地,破音判断电路包括第一触发器、第二触发器和或非门;所述第一触发器的第一输入端和第二触发器的第一输入端分别连接比较器的输出端,第一触发器的第二输入端和第二触发器的第二输入端均与时钟信号连接,第一触发器的输出端和第二触发器的输出端分别连接或非门的两个输入端。
优选地,防破音开关控制电路包括反相器、第一开关管、第二开关管、第三电容,第五比较器、第六比较器和与非门;所述反相器的输入端连接破音判断电路的输出端和第二开关管的控制端,反相器的输出端连接第一开关管的输出端,第一开关管的一端连接参考电压,第一开关管的另一端连接第二开关管的一端和第三电容的一端,第二开关管的另一端和第三电容的另一端与地连接,第一开关管和第三电容的节点连接第五比较器的反相输入端和第六比较器的反相输入端,第五比较器的同相输入端与第一脉宽调制载波信号源连接,第六比较器的同相输入端与第二脉宽调制载波信号源连接,第五比较器的输出端和第六比较器的输出端分别连接与非门的两个输入端;与非门的输出端与防破音开关的控制端连接。
优选地,防破音的D类音频功率放大器还包括将所述H-桥电路输出的脉冲驱动信号进行滤波后,输出至外部扬声器的低通滤波器。
优选地,防破音的D类音频功率放大器还包括连接在所述H-桥电路的输出端与所述运算放大器的输入端之间的反馈电阻,形成闭环结构。
优选地,前置放大器包括:对输入的音频信号进行处理的第一运算放大器;连接在所述第一运算放大器的反相输出端与所述第一运算放大器的同相输入端之间的第一电阻;连接在所述第一运算放大器的同相输出端与所述第一运算放大器的反相输入端之间的第二电阻。
优选地,积分放大器包括:对所述前置放大器输出的音频信号进行处理的第二运算放大器;连接在所述第二运算放大器的反相输出端与所述第二运算放大器的同相输入端之间的第一电容;连接在所述第二运算放大器的同相输出端与所述第二运算放大器的反相输入端之间的第二电容。
优选地,第一运算放大器或者所述第二运算放大器为全差分运算放大器。
优选地,比较器包括第一比较器和第二比较器;所述第一比较器的同相输入端与所述第二运算放大器的反相输出端连接;所述第二比较器的同相输入端与所述第二运算放大器的同相输出端连接,所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的反相输入端均与所述脉宽调制载波信号源连接。
与现有技术相比本实用新型具有如下有益效果:本实用新型实施例提供的一种防破音的D类音频功率放大器,当有破音出现时利用破音判断电路和防破音开关控制电路来控制防破音开关的通断,进而将音频信号减小使之不破音。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例一种防破音的D类音频功率放大器的电路原理框图;
图2是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的破音判断电路结构图;
图3是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的防破音开关控制结构图;
图4是本实用新型第二实施例一种防破音的D类音频功率放大器的电路原理框图;
图5是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的比较器的结构图;
图6是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的比较器的输入输出波形图;
图7是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的破音判断电路的输入输出波形图;
图8是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的防破音开关控制电路的各节点波形图;
图9是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的防破音开关控制前后的对比波形图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
图1是本实用新型第一实施例一种防破音的D类音频功率放大器的电路原理框图;一种防破音的D类音频功率放大器,包括:对输入的音频信号进行调整的前置放大器21;对所述前置放大器输出的音频信号进行放大处理的积分放大器22,与所述前置放大器21电连接;对所述积分放大器22输出的音频信号进行脉宽调制处理的比较器23,其音频信号输入端与所述积分放大器22的输出端电连接,调制信号输入端则连接至一脉宽调制载波信号源26;对根据所述比较器23的输出结果进行判断的破音判断电路27,得到音频信号的破音信号;根据破音判断电路27输出的破音信号得到控制防破音开关S通断的防破音开关控制电路30,所述防破音开关S的两端分别连接积分放大器22的两个输入端;根据所述比较器23的输出结果控制向外部扬声器输出脉冲驱动信号的H-桥电路24。
前置放大器21包括:对输入的音频信号进行处理的第一运算放大器U1;连接在第一运算放大器U1的反相输出端与第一运算放大器U1的同相输入端之间的第一电阻R1;连接在第一运算放大器U1的同相输出端与第一运算放大器U1的反相输入端之间的第二电阻R2。
积分放大器22包括:对前置放大器21输出的音频信号进行处理的第二运算放大器U2;连接在第二运算放大器U2的反相输出端与第二运算放大器U2的同相输入端之间的第一电容C1;连接在第二运算放大器U2的同相输出端与第二运算放大器U2的反相输入端之间的第二电容C2。作为本实用新型的一个实施例,积分放大器22进一步包括:电阻R5和电阻R6;其中,电阻R5连接在第一运算放大器U1的反相输出端和第二运算放大器U2的同相输入端之间;电阻R6连接在第一运算放大器U1的同相输出端和第二运算放大器U2的反相输入端之间。
作为本实用新型的一个实施例,为了降低环境噪声的影响,第一运算放大器U1或者第二运算放大器U2为全差分运算放大器,或者两者均为全差分运算放大器。
图2是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的破音判断电路结构图;破音判断电路27包括第一触发器271、第二触发器271和或非门U7;所述第一触发器271的第一输入端和第二触发器272的第一输入端分别连接比较器23的输出端,第一触发器271的第二输入端和第二触发器272的第二输入端均与时钟信号连接,第一触发器271的输出端和第二触发器272的输出端分别连接或非门U7的两个输入端。
图3是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的防破音开关控制结构图;防破音开关控制电路30包括反相器U8、第一开关管M1、第二开关管M2、第三电容C3,第五比较器U5、第六比较器U6和与非门U9;反相器U8的输入端连接破音判断电路27的输出端和第二开关管M2的控制端,反相器U8的输出端连接第一开关管M1的输出端,第一开关管M1的一端连接参考电压VREF,第一开关管M1的另一端连接第二开关管M2的一端和第三电容C3的一端,第二开关管M2的另一端和第三电容C3的另一端与地连接,第一开关管M1和第三电容C3的节点连接第五比较器U5的反相输入端和第六比较器U6的反相输入端,第五比较器U5的同相输入端与第一脉宽调制载波信号RAMP连接,第六比较器U6的同相输入端与第二脉宽调制载波信号RAMP连接,第五比较器U5的输出端和第六比较器U6的输出端分别连接与非门U9的两个输入端;与非门U9的输出端与防破音开关S的控制端连接。本实施例中,第一开关管M1和第二开关管M2是NMOS管。
图4是本实用新型第二实施例一种防破音的D类音频功率放大器的电路原理框图;该图与图1相比较,还包括:将所述H-桥电路输出的脉冲驱动信号进行滤波后,输出至外部扬声器的低通滤波器25;连接在H-桥电路的输出端与所述运算放大器的输入端之间的反馈电阻R7和R8,形成闭环结构;用以抑制脉宽调制载波引入的噪声,提高放大器的整体性能。
图5是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的比较器的结构图;包括:第三比较器U3和第四比较器U4,第三比较器U3的同相输入端S01与第二运算放大器U2的反相输出端连接;第四比较器U4的同相输入端SO2与第二运算放大器U2的同相输出端连接;第三比较器U3的反相输入端和第四比较器U4的反相输入端均与脉宽调制载波信号源26连接;第三比较器U3和第四比较器U4的输出端PWM1和PWM2分别与H-桥电路的输入端连接。
以下详细说明其工作原理:音频信号经过前置放大器21的初步放大后经过积分放大器22的积分滤波,然后输出的信号经过比较器23与脉宽调制载波信号源26输出的信号进行比较,本实施例中脉宽调制载波信号源26输出的信号为三角波RAMP,形成脉宽调制(PWM)波形PWM1和PWM2,PWM波形经过经过H桥电路驱动扬声器将音频信号还原出来。
当音频功放工作的时候,当没有出现破音的时候,积分放大器22输出的信号SO1和SO2的幅值是小于三角波RAMP的幅值的,比较器23输出的信号为频率与三角波频率相同的PWM波形。当出现破音的时候,积分放大器22输出的信号SO1和SO2的幅值超过了三角波的幅值,比较器输出的信号会出现一段较长时间的高电平或低电平,如图6所示是比较器的输入输出波形图;当信号SO1大于三角波RAMP的幅值时,第三比较器U3输出高电平,反之,输出低电平;当信号SO2大于三角波RAMP的幅值时,第四比较器U3输出高电平,反之,输出低电平。
将比较器的输出波形PWM1和PWM2分别输入到破音判断电路27的第一触发器271和第二触发器272,如图6所示。触发器的时钟信号CLK的上升沿对应三角波RAMP的波峰,并且通过时钟信号CLK的上升沿来触发两个触发器,对PWM1和PWM2进行采样,也就是说时钟信号CLK只对应三角波RAMP的波峰时刻的PWM1和PWM2的值。没有出现破音的情况下,由于三角波的幅值始终大于信号幅值,经过比较器23的PWM波形在三角波波峰时刻始终是低电平,即两个触发器所得到的都是PWM波形的低电平,所以它们的输出Q0和Q1都为低电平,再经过或非门U7,产生的控制信号CTRL1为高电平。当破音情况出现的时候,信号的幅值会大于三角波幅值,在这一段时间,如果PWM波形是固定高电平,则触发器输出为高电平,如果PWM波形是固定低电平,则触发器输出为低电平。但由于积分放大器22是由全差分运放来实现的,它的输出信号SO1和SO2是完全反向的,如图6所示。即在同一个时间段,只要出现破音现象,必然会有一个触发器会到高电平,此时CTRL1就会变为低电平,而其他没有出现破音的时间段,CTRL1仍然保持高电平,如图7所示,本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的破音判断电路的输入输出波形图。
在图3中,当没有出现破音时,CTRL1的高电平关闭开关管M1,同时打开开关管M2。第三电容C3上的电平VC就会通过M2放电,使VC低于两个三角波RAMP1和RAMP2,经过第五比较器U5和第六比较器U6,两个比较输出高电平,在经过与非门U9,输出CTRL2为固定低电平。此时防破音开关S关闭,防破音功能没有启动。
当出现破音现象时,CTRL1的低电平打开开关管M1,参考电压VREF就会对第三电容C3进行充电。此时,第三电容C3上端的电平VC就会由零开始升高,第五比较器U5和第六比较器U6的正输入端分别输入相位相反的三角波RAMP1和RAMP2,其中三角波RAMP1和三角波RAMP相同,RAMP2与RAMP相位相反。当第三电容C3上端的电平VC升高到可以与三角波相比较的时候,就会与两个三角波比较产生波形A和B,然后经过与非门U9产生防破音开关控制信号CTRL2,当电容上端电平VC高于RAMP1和RAMP2时,输出的防破音开关控制信号CTRL2就会由原来的低电平变为高电平,形成有一定占空比的矩形波,如图8是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的防破音开关控制电路的各节点波形图。电容上端的电平VC上升的越高,CTRL2的高电平所占的比例就越大。
CTRL2控制信号的高电平,会将破音开关S关闭,这样就会在这段时间内将输入到积分放大器22的音频信号拉到共模电平上去,图9是本实用新型实施例一种防破音的D类音频功率放大器的防破音开关控制前后的对比波形图;也就是前置放大器21输出的音频信号的能量被削弱,SIN1信号经过积分放大器22后,其幅值就会变小,如图9的SO1,当经过积分放大器22后输出的信号幅值小于三角波的幅值的时候,就不会再出现破音现象,CTRL2也就不会再形成高电平。从而保证不会出现破音现象。比较器23输出的信号进一步经过H-桥电路24来驱动扬声器工作,H-桥电路的原理是本领域技术人员所公知,此处不再赘述。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,包括:
对输入的音频信号进行调整的前置放大器;
对所述前置放大器输出的音频信号进行放大处理的积分放大器,与所述前置放大器电连接;
对所述积分放大器输出的音频信号进行脉宽调制处理的比较器,其音频信号输入端与所述积分放大器的输出端电连接,调制信号输入端则连接至一脉宽调制载波信号源;
对根据所述比较器的输出结果进行判断的破音判断电路,得到音频信号的破音信号;
根据破音判断电路输出的破音信号得到控制防破音开关通断的防破音开关控制电路,所述防破音开关的两端分别连接积分放大器的两个输入端;
根据所述比较器的输出结果控制向外部扬声器输出脉冲驱动信号的H-桥电路。
2.根据权利要求1所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,所述破音判断电路包括第一触发器、第二触发器和或非门;所述第一触发器的第一输入端和第二触发器的第一输入端分别连接比较器的输出端,第一触发器的第二输入端和第二触发器的第二输入端均与时钟信号连接,第一触发器的输出端和第二触发器的输出端分别连接或非门的两个输入端。
3.根据权利要求1所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,所述防破音开关控制电路包括反相器、第一开关管、第二开关管、第三电容,第五比较器、第六比较器和与非门;所述反相器的输入端连接破音判断电路的输出端和第二开关管的控制端,反相器的输出端连接第一开关管的输出端,第一开关管的一端连接参考电压,第一开关管的另一端连接第二开关管的一端和第三电容的一端,第二开关管的另一端和第三电容的另一端与地连接,第一开关管和第三电容的节点连接第五比较器的反相输入端和第六比较器的反相输入端,第五比较器的同相输入端与第一脉宽调制载波信号源连接,第六比较器的同相输入端与第二脉宽调制载波信号源连接,第五比较器的输出端和第六比较器的输出端分别连接与非门的两个输入端;与非门的输出端与防破音开关的控制端连接。
4.根据权利要求1所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,还包括:将所述H-桥电路输出的脉冲驱动信号进行滤波后,输出至外部扬声器的低通滤波器。
5.根据权利要求1所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,还包括:连接在所述H-桥电路的输出端与所述运算放大器的输入端之间的反馈电阻,形成闭环结构。
6.根据权利要求1所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,所述前置放大器包括:对输入的音频信号进行处理的第一运算放大器;连接在所述第一运算放大器的反相输出端与所述第一运算放大器的同相输入端之间的第一电阻;连接在所述第一运算放大器的同相输出端与所述第一运算放大器的反相输入端之间的第二电阻。
7.根据权利要求1所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,所述积分放大器包括:
对所述前置放大器输出的音频信号进行处理的第二运算放大器;
连接在所述第二运算放大器的反相输出端与所述第二运算放大器的同相输入端之间的第一电容;
连接在所述第二运算放大器的同相输出端与所述第二运算放大器的反相输入端之间的第二电容。
8.根据权利要求6或7所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,所述第一运算放大器或者所述第二运算放大器为全差分运算放大器。
9.根据权利要求1所述的一种防破音的D类音频功率放大器,其特征在于,所述比较器包括第一比较器和第二比较器;所述第一比较器的同相输入端与所述第二运算放大器的反相输出端连接;所述第二比较器的同相输入端与所述第二运算放大器的同相输出端连接,所述第一比较器的反相输入端和所述第二比较器的反相输入端均与所述脉宽调制载波信号源连接。
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GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20110330 Termination date: 20160630 |
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